Производство бумаги и картона

УДК 676.2.02 А44

Рецензенты:

д-р. техн. наук, проф. Ф.Х. Хакимова (Пермский государственный технический университет);

канд. техн. наук, Д.Р. Нагимов (ЗАО «Карбокам-Пермь»)

Акулов, Б.В.

А44 Производство бумаги и картона: учеб, пособие / Б.В. Акулов, С.Г. Ермаков. -Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. 2010.-433 с.

ISBN 978-5-398-00502-8

1Изложены сведения о технологических процессах бумажного

икартонного производств, таких как подготовка массы, отлив бумаги

икартона на различных типах формующих устройств, их прессование, сушка и отделка на машине. Приведены описание и характеристики ос­ новного и вспомогательного оборудования бумажного и картонного производств, методики расчета материального баланса и оборудования бумажного производства, j

Предназначено для студентов дневного и заочного отделения спе­ циальности 240406 «Технология химической переработки древесины».

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

А.с.в. - абсолютно сухое волокно (вещество); АСУТП - автоматические системы управления технологиче­

скими процессами; БДМ - бумагоделательная машина;

ГОСТ - Государственный отраслевой стандарт; ДЦМ - дефибрерная древесная масса; КДМ - картоноделательная машина;

КИП и А - контрольноизмерительные приборы и аппаратура; НТП - нормы технологического проектирования; НИИ - научно-исследовательский институт; НИИБ - научно-исследовательский институт бумаги; ПАА - полиакриламид; ПВС - поливиниловый спирт;

ПРС - продольно-резательный станок; СВД - спрыски высокого давления; СНД - спрыски низкого давления; Св. вода - свежая вода; ТММ - термомеханическая масса;

УВК - установка вихревых конических очистителей; ХТММ - химико-термомеханическая масса; ХММ - химико-механическая масса; ЦБП - целлюлозно-бумажная промышленность;

ЭВМ - электронно-вычислительные машины; Na-КМЦ - натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы; P&J - Pusey and Jenes.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время бумага и картон прочно вошли в повсе­ дневную жизнь современного цивилизованного общества. Эти материалы используются в производстве предметов санитарногигиенического и бытового назначения, книг, журналов газет, тет­ радей и т.д. Бумага и картон все шире применяются в таких отраслях, как электроэнергетика, радиоэлектроника, машино- и приборостроение, вычислительная техника, космонавтика и др.

Важное место в экономике современного производства зани­ мает выпускаемый ассортимент бумаги и картона для упаковки

ирасфасовки различных продовольственных товаров, а также для изготовления предметов культурно-бытового назначения. Поэтому развитие мировой целлюлозно-бумажной промышленности проис­ ходит относительно быстрыми темпами.

Производство бумаги и картона является довольно сложным, многооперационным процессом, потребляющим большое количество различных видов дефицитных волокнистых полуфабрикатов, природ­ ного сырья и химических продуктов. Оно связано также с большим расходом тепловой и электрической энергии, свежей воды и других ресурсов и сопровождается образованием производственных отходов

источных вод, пагубно действующих на окружающую среду.

Для успешного решения задач повышения эффективности бу­ мажного и картонного производства, рационального использования природных ресурсов, повышения качества продукции, защиты окру­ жающей среды необходимо, чтобы инженеры и технологи ЦБП хорошо понимали сущность основных физико-химических процессов, протекающих на разных технологических стадиях производства бума­ ги и картона, и могли управлять этими процессами.

Настоящее пособие содержит теоретические сведения о произ­ водстве бумаги и картона, характеристики современного обору­ дования, применяемого в прозводстве этих материалов. В пособии приведены методика расчета баланса воды и волокна (с примером расчета) и расчеты по выбору основного и вспомогательного оборудо­ вания бумажного и картонных производств (с примером расчета). Методики и примеры расчета материального баланса и оборудования приведены для студентов, выполняющих курсовые и дипломные про­ екты по бумажному и картонному производству.

1.ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ БУМАЖНЫХ И КАРТОННЫХ ФАБРИК

1.1. Общие сведения об основных направлениях проектирования бумажных и картонных фабрик

Целлюлозно-бумажная промышленность выпускает большое количество видов бумаги, картона и продукции их переработки. У производителей бумаги и картона существует классификация, согласно которой вырабатываемая продукция подразделяется на массовую, немассовую и специальную.

Массовая продукция составляет 80-85 % от всего объёма произ­ водства. К массовым видам продукции относятся: бумага газетная, писчая, для печати, мешочная, оберточная, основа для гофрирования, санитарно-гигиеническая; картон для гладких слоев гофрированного картона, коробочный, хром-эрзац и кровельный; целлюлоза для выра­ ботки бумаги, картона и для химической переработки.

К немассовым видам продукции относятся: бумага конденса­ торная, кабельная, электроизоляционная, сигаретная, папиросная, афишная, билетная, чертежная, картографическая, перфокарточная, этикеточная, обойная, подпергамент, пергамент, основа для пара­ финирования и др., картон электроизоляционный, переплетный, фильтровальный, прессшпан, калибровочный, облицовочный, кар­ касный, чемоданный, термошумо-изоляционный, целлюлоза хлоп­ ковая.

К специальным видам продукции относятся: электроизоляци­ онная, термостойкая и химически стойкая бумага, фильтрующая химически стойкая, щелочестойкая, искусственная кожа, стелечный целлюлозный материал, специальная фильтрующая, реставрацион­ ная бумага, бумага с защитой от подделок и др. Производство этой продукции осуществляется в основном из привозных полуфабрика­ тов и должно размещаться вблизи районов потребления продукции.

Технические преобразования последних десятилетий, в том числе развитие техники печатания, интенсивное внедрение элек­ тронной техники и информационных технологий, изменение условий, стиля работы и быта, также внесли определенные измене­

ния в ассортимент бумажной продукции. Результатом этого стало появление нового класса бумаги для офисной техники, а также зна­ чительное расширение ассортимента и увеличение объема произ­ водства суперкаландрированной, легкой мелованной, мелованной бумаги, упаковочных видов бумаги, тарного картона с покровным слоем для печати, бумаги санитарно-гигиенического и медицинско­ го назначения и некоторых других.

Предприятия, выпускающие массовые виды продукции, имеют

всвоем составе собственное производство полуфабрикатов

идолжны размещаться в лесоизбыточных районах страны.

Взависимости от вышеуказанных условий в густонаселенных районах европейской части страны могут размещаться фабрики по

и Центральной Сибири с их хвойно-лиственными лесами следует размещать:

-целлюлозно-бумажные комбинаты по выработке тарного картона с использованием хвойного сырья для изготовления глад­ ких слоев картона и лиственного - для изготовления бумаги для гофрирования;

-производства товарной небеленой и беленой целлюлозы из лиственных и хвойных пород древесины;

-фабрики мешочной и оберточно-упаковочной видов бумаги;

-картонные фабрики для выпуска продукции из местных ре­ сурсов и макулатуры.

Врайонах Восточной Сибири с её высококачественными хвойными лесами и большими топливно-энергетическими ресурса­ ми целесообразно размещать:

-производство товарных полуфабрикатов из хвойных пород древесины;

-производство массовых видов бумаги и картона из хвойных

илиственных полуфабрикатов.

Вэтих же районах необходимо предусматривать максимально

возможное использование древесины лиственницы.

При выборе и обосновании района строительства проектируе­ мого объекта необходимо учитывать:

рабатываемой продукции;

2) наличие запаса ликвидной древесины и породный состав сырья;

3)приближение предприятия к источникам сырья, топлива

ик районам потребления готовой продукции;

4)наличие энергетической базы или возможность получения собственных энергоресурсов;

5)наличие железнодорожных путей, надежного источника водоснабжения и возможность сброса промышленных стоков;

6)рациональное использование трудовых ресурсов и наличие свободной территории под строительство;

7)недопустимость сейсмичности промышленной площадки выше установленных норм.

Свойства готовой бумаги или картона в значительной мере оп­ ределяются свойствами исходных волокнистых полуфабрикатов. В свою очередь, свойства полуфабрикатов зависят от породы дре­ весины и технологического режима производства. Поэтому исходя из анализа породного состава древесного сырья в предполагаемом районе строительства предприятия выбирается способ производст­ ва полуфабрикатов.

1.2. Краткое описание производства бумаги и картона

Технологический процесс изготовления бумаги (картона) вклю­ чает следующие основные операции: аккумулирование волокнистых полуфабрикатов и бумажной массы, размол волокнистых полуфабри­ катов, составление композиции бумажной массы (с добавлением химических вспомогательных веществ), разбавление её оборотной во­ дой до необходимой концентрации, очистку от посторонних включений и деаэрацию, напуск массы на сетку, формование бумаж­ ного полотна на сеточном столе машины, прессование влажного полотна и удаление избытка воды (образующегося при обезвоживании полотна на сеточной и в прессовой частях), сушку, машинную отделку и намотку бумаги (картона) в рулон. Также технологический процесс изготовления бумаги (картона) предусматривает переработку оборот­ ного брака и использование отходящих сточных вод. В техноло­ гическом потоке производства бумаги бумагоделательная машина - самостоятельный агрегат, основные узлы которого установлены стро­ го последовательно вдоль монтажной оси.

Все новые бумаго- и картоноделательные машины оснащаются многодвигательными приводами. Скорость машины и её секций поддерживается постоянной автоматически. Питание секционных электродвигателей осуществляется от индивидуальных тиристор­ ных преобразователей.

На новых высокопроизводительных машинах устанавливаются автоматические системы управления технологическими процесса­ ми выработки продукции (АСУТП), включающие электронновычислительные машины (ЭВМ), всевозможные измерительные устройства, исполнительные механизмы, преобразователи и раз­ личное вспомогательное оборудование. Автоматические системы управления процессом нацелены на управление качеством бумаги, а именно обеспечение постоянства профилей влажности, массы 1 м2, зольности, оттенка и цветности в продольном и поперечном направлениях полотна.

Бумаго- и картоноделательные машины размещаются на двух этажах. Основные узлы машины, где формируется, обезвоживается и наматывается полотно, размещаются на втором этаже, а бассей­ ны, насосы, вспомогательное оборудование и технологические коммуникации на первом. На первом этаже устанавливается также оборудование для переработки мокрого (гауч-мешалка) и сухого (гидроразбиватель) брака, станция централизованной смазки, ваку­

ляют производительность машины (т/ч, т/сут и тыс. т/год). Бумагоделательная машина включает: напорный ящик, сеточ­

ную, прессовую, сушильную части, каландр и накат. Кроме того, в состав буммашины входит машинный бассейн для массы, оборудо­ вание для её очистки, насосы для подачи воды и массы, вакуумные насосы или турбовоздуходувки, сборники оборотной воды, устрой­ ства и оборудование для переработки оборотного брака, оборудование для циркуляционной смазки узлов бумагоделательной машины, приточно-вытяжная вентиляционная система, регулирую­ щие и контрольно-измерительные приборы и др.

Независимо от типа бумагоили картоноделательной машины (кроме машин сухого формования) технологический процесс, на­ чиная от приготовления волокнистой суспензии (массы) и кончая

отливом, в принципе идентичен и в основном связан с обработкой волокна в воде и гидравлическим транспортированием его от одной операции к другой. Тем не менее тип и количество установленного в технологическом потоке оборудования и обвязки его трубопрово­ дами (технологическая схема) определяются исключительно видом и количеством вырабатываемой продукции, а также конструкцией бумаго-и картоноделательной машины.

Технологический поток бумагоили картоноделательной ма­ шины условно можно разделить на следующие узко специали­ зированные системы: 1) система разбавления, очистки и подачи массы на машину (обеспечивает постоянство композиции, концен­ трации массы, степени помола, не допускает осаждения волокон, выпадения в осадок и коагуляцию проклеивающих и наполняющих веществ, а также контролирует расход бумажной массы, посту­ пающей на машину, предварительно прошедшей тщательную очистку и деаэрацию); 2) система водопользования машины; 3) ва­ куумная система; 4) система переработки и удаления брака; 5) система кондиционирования одежды прессовой части. Неудов­ летворительная работа одной из этих систем немедленно отражается на работоспособности машины в целом, а также на ка­ честве и количестве вырабатываемой продукции.

1.3.Основные технические направления

впроектировании технологических схем

Основные технические направления в проектировании техно­ логических схем:

1.При производстве бумаги и картона, в композиции которых общее содержание целлюлозы составляет 40 % и выше, рекоменду­ ется раздельный размол хвойной и лиственной целлюлозы на дисковых мельницах.

2.Размол полуфабрикатов для высокопрочных видов бумаги

икартона следует производить в две ступени: первая при концен­ трации массы 15...25 %, вторая - при концентрации 4...8 %.

3.Очистка массы рекомендуется двухступенчатая: первая сту­ пень на вихревых очистителях с деаэрацией массы, вторая —на узлоловителях закрытого типа (со шлицевыми отверстиями).

4.При проектировании новых фабрик рекомендуется раздель­ ная переработка сухого и мокрого брака. В этом случае сухой брак после гидроразбивателей распускается на бесприсадочных пульса-

ционных мельницах типа МП и может размалываться затем на дис­ ковых мельницах или гидрофайнерах. При переработке брака слабоклееных видов бумаги и картона достаточно применять рос­ пуск на мельницах типа МП. После размола брака для высокосорт­ ных и клееных видов продукции необходима очистка массы на очистителях высокой концентрации типа ОМ. При переработке брака мелованных видов бумаги рекомендуется устанавливать от­ дельно гидроразбиватели для брака с покрытием и без него, также отдельная их переработка и возврат в композиционер.

5. В связи с ростом мощностей машин увеличиваются капи­ тальные затраты на создание емкостей и оборудования для хранения и переработки брака. По этой причине рекомендуется для широкоформатных быстроходных машин совместная схема пере­ работки брака: мокрый и сухой брак откачиваются, минуя сгущающую аппаратуру, в выносные башни брака. Из башен брака масса подается на очистку и размол при концентрации 4...5 %.

6. Сточные воды с бумажных фабрик, не перерабатывающих макулатуру, после фильтров можно направлять на целлюлозный завод взамен свежей воды.

7.С целью снижения расхода свежей воды ворсосодержащие во­ ды, отводимые от прессовой части машины, а также получаемые при промывке сукон можно возвращать в производство, а не сбрасывать

всток. Для этого ее необходимо перед подачей в сборник избыточной оборотной воды подвергать деаэрации и очистке от ворса на вибраци­ онных фильтрах-сортировках или фракционаторах.

8.Вода с холодильных цилиндров, уплотнителей, вакуумнасосов должна собираться и использоваться взамен свежей.

9.На фабриках, вырабатывающих бумагу или картон с зольно­ стью меньше 5 %, рекомендуется применять флотоловушки, фракционаторы или дисковые фильтры. При выработке бумаги или картона с зольностью от 5 до 15 % рекомендуется применять ло­ вушки отстойного типа, осветлители со взвешенным слоем или флотоловушки, сочетающие процесс флотации с отстаиванием.

10.Современной тенденцией в схемах использования оборот­ ной воды является ее многоступенчатая очистка с использованием процессов фильтрации, флотации и мембранного разделения.

11.При проектировании бумажных и картонных фабрик необ­ ходимо предусматривать установку бассейнов для сбора аварийных переливов массы, а также воды от промывки и опорожнения емко­